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纺织厂车间环境控制系统设计

作　者: 程高新
导　师: 李敬兆
学　校: 安徽理工大学
专　业: 控制理论与控制工程
关键词: 纺织车间温度相对湿度模糊自适应PID PLC
分类号: TP273
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

空气调节系统是纺织企业的重要设备,为了满足纺织生产的要求和改善劳动条件,对车间环境的温湿度进行控制是必不可少的。同时,提高空气调节设备的自动化管理程度和降低能耗也十分重要。本课题构建了车间环境控制系统,应用到纺织企业中。传感器将采集到的数据传送给S7-200 CPU226,由PLC完成数据处理,执行相关程序,动作执行机构,实现了对车间环境温湿度的有效控制。该控制系统提高了测量和控制精度、降低了能耗、缩短了调节周期,同时还降低了工作人员的劳动强度。本文首先介绍了课题的相关背景,对纺织企业空气调节控制系统目前存在的问题进行了分析,确定了控制车间相对湿度和温度的具体方案。详细介绍了基本原理,影响温湿度调节的主要因素,研究了拟采用的喷雾轴流风机系统,给出了方案的具体实现方法。其次,本文提出了将多传感器信息融合技术应用到温湿度控制系统当中,用分布图法剔除疏失数据,并将有效数据利用加权平均求和的方法进行融合。本文分别采用了模糊控制和模糊自适应PID控制策略,分析基本原理,并利用MATLAB对算法进行仿真和分析。接着,本文根据纺织车间实际控制要求和策略,对设备选型,利用高性能的S7-200 CPU226以及相应的模拟量输入和输出扩展模块,加以外部输入器件和输出设备,完成了硬件方面的构建。给出了硬件连接以及相关参数的设置。软件方面,着重完成了模糊自适应PID在PLC中的编程实现,变频器与PLC的USS协议通讯等。另外,对上位机触摸屏进行了主要画面设计,由此构成一个完整的车间环境控制系统。该系统实现了根据车间温、湿度的变化,实时控制空气调节设备的运行,安全运行的同时也有效地降低了能耗。对提高纺织企业产品质量和改善工人工作环境起到了关键性的作用。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-16
1 绪论  16-22
  1.1 课题来源及意义  16
  1.2 空气环境与人体健康和纺织工艺生产的关系  16-17
  1.3 纺织厂空气调节系统的种类及特点  17-19
  1.4 目前纺织厂空气调节系统的状况  19-20
  1.5 国内外研究动态及发展趋势  20
  1.6 课题的主要工作  20-21
  1.7 论文结构  21-22
2 车间环境控制的基本原理及方案  22-34
  2.1 湿空气的组成  22
  2.2 湿空气物理性质  22-26
    2.2.1 压力  22-23
    2.2.2 温度  23
    2.2.3 湿度  23-25
    2.2.4 焓  25-26
  2.3 影响温湿度调节的主要因素  26-27
  2.4 空气调节系统的运行调节  27-29
    2.4.1 温度和相对湿度基数的选取  27
    2.4.2 相对湿度的调节  27-28
    2.4.3 温度的调节  28-29
    2.4.4 温度和相对湿度同时调节  29
  2.5 温湿度自动调节系统  29-32
    2.5.1 车间空气调节系统结构  29-30
    2.5.2 车间环境控制系统方案设计  30-31
    2.5.3 车间环境控制系统方案具体实现方法  31-32
  2.6 本章小结  32-34
3 多传感器信息融合在纺织厂车间环境控制系统中的应用  34-40
  3.1 多传感器信息融合概述  34
    3.1.1 基本原理  34
    3.1.2 优点  34
  3.2 信息融合的方法  34-36
  3.3 多传感器信息融合在车间环境控制系统中的应用  36
    3.3.1 车间环境控制中的主要参数  36
    3.3.2 多传感器信息融合结构  36
  3.4 多传感器一致性效验数据融合方法  36-39
    3.4.1 多传感器信号的预处理  36-37
    3.4.2 自适应加权融合估计算法  37-39
  3.5 本章小结  39-40
4 纺织厂车间环境控制系统控制策略  40-58
  4.1 风机的变频调速  40-42
    4.1.1 风机的变频调速节能原理  40
    4.1.2 风机的风阻特性  40-42
    4.1.3 控制车间相对湿度的策略  42
  4.2 基于模糊控制的PID参数整定  42-48
    4.2.1 模糊控制理论及基本原理  42-46
    4.2.2 PID控制原理  46-48
    4.2.3 模糊自适应PID原理  48
  4.3 模糊自适应PID在相对湿度控制中的应用  48-54
    4.3.1 模糊自适应PID的应用  48-52
    4.3.2 仿真研究  52-54
  4.4 模糊控制在温度控制中的应用  54-57
    4.4.1 控制对象分析  54
    4.4.2 模糊控制的应用  54-57
  4.5 本章小结  57-58
5 纺织厂车间环境控制系统的硬件设计  58-72
  5.1 系统总体结构  58
  5.2 可编程控制器  58-60
    5.2.1 概述  58-59
    5.2.2 特点  59-60
  5.3 PLC的选型  60-63
    5.3.1 确定I/O点数  60-61
    5.3.2 S7-200系列PLC及CPU226  61-62
    5.3.3 扩展模块  62
    5.3.4 扩展模块的连接  62-63
  5.4 温湿度传感器的连接  63
    5.4.1 温湿度传感器的选择  63
    5.4.2 温湿度传感器与PLC的连接  63
  5.5 变频器  63-67
    5.5.1 概述  63-64
    5.5.2 SIEMENS MM430系列变频器  64-65
    5.5.3 变频器的连接  65-66
    5.5.4 变频器参数设置  66-67
  5.6 PWS3760触摸屏  67-70
    5.6.1 触摸屏概述  67
    5.6.2 PWS3760基本性能  67-68
    5.6.3 PWS3760通信的设置与操作  68-70
  5.7 本章小结  70-72
6 纺织厂车间环境控制系统的软件设计  72-86
  6.1 STEP7—MICRO/WIN32编程软件  72-73
    6.1.1 简介  72
    6.1.2 PLC的循环扫描工作方式  72
    6.1.3 PLC程序的结构  72-73
  6.2 软件实现的功能  73
  6.3 本系统的程序结构  73-82
    6.3.1 模拟量输入信号的处理  73-74
    6.3.2 模糊自适应PID的程序设计  74-79
    6.3.3 PLC控制变频器的程序设计  79-82
  6.4 触摸屏画面设计  82-84
  6.5 本章小结  84-86
7 总结与展望  86-88
  7.1 本文的主要工作  86
  7.2 本文存在的问题及下一步的工作  86-88
参考文献  88-92
致谢  92-94
作者简介及读研期间主要科研成果  94

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